工程材料第四章

1、第四章結構鋼及其選用單選題（本大題共23小題）1.影響鋼的冷脆性的主要元素是（B）A.S B.P C.Mn D.Si2. 20CrMnTi鋼根據其所含的碳量和合金元素，在工業(yè)上主要作為一種（A）使用。A.合金滲碳鋼B.合金彈簧鋼C.合金調質鋼D.滾動軸承鋼3.大多數(shù)合金元素均在不同程度上有細化晶粒的作用，其中細化晶粒作用最為顯著的有（C）。A.Mn, P B.Mn,Ti C.Ti,V D.V ,P4.除（A）元素外，其它合金元素溶于奧氏體后，均能增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性。A.Co B.Cr C.Mn D.Ti5. 20CrMnTi鋼中Ti元素的主要作用是（C）。強化鐵素體 B.提高淬透性 C.細

2、化晶粒D.提高回火穩(wěn)定性A.6.A.合金滲碳鋼滲碳后必須進行（C）熱處理。 淬火+高溫回火B(yǎng).淬火+中溫回火C.淬火+低溫回火D.淬火+退火7.要制造一批銼刀，請選擇合適的材料（C）。A. 45 B.9Mn2V C.T12 D.7Cr17 8.下列材料中淬硬性高的是（B）oA.18CrNi3 B.9Mn2V C.40Cr D.509.下列材料中油淬臨界直徑最大的是（A）。A.25Cr2Ni4W B.20MnVB C.40Cr D.65Mn 10.鋼中強碳化物形成元素是（C）A.Fe、Mn B.Cr 、Co C.V、Ti D.Si 、Mn11.影響鋼的熱脆性的主要元素是（A）A.S B.P C.

3、Mn D.Si12.制造手用鋸條應當選用（A）A.T12鋼經淬火和低溫回火B(yǎng). Cr12Mo 鋼經淬火低溫回火D.T8C. 65鋼淬火后中溫回火13.二次硬化是指（B）的硬化現(xiàn)象。鋼經淬火和高溫回火A.滲碳處理后的二次淬火B(yǎng).某些鋼在回火后硬度進一步提高C.變形過程中強度、硬度升高D.某些鋼在淬火后硬度提高14. 40MnVB鋼中V元素的主要作用是（A.強化鐵素體 B.細化晶粒 C.提高回火穩(wěn)定性D.提高淬透性B）15. 40Cr鋼根據其所含的碳量和合金元素，在工業(yè)上主要作為一種（C）使用。A.滾動軸承鋼B.合金彈簧鋼C.合金調質鋼D.合金滲碳鋼16.對形狀復雜，截面變化大的零件進行淬火時，應

4、選用（A）A.高淬透性鋼B.中淬透性鋼C.低淬透性鋼D.對淬透性能沒有要求17. 60Si2Mn鋼根據其所含的碳量和合金元素，在工業(yè)上主要作為一種（A.滾動軸承鋼 B.合金彈簧鋼 C.合金調質鋼 D.合金滲碳鋼B）使用。18.對38CrMoAI鋼進行滲氮處理，滲氮時的加熱溫度為（B）A.Ac1以上 B.Ac1 以下 C.Ac3 以上 D.Accm 以上19. 40鋼和40Cr鋼加熱到AC3以上保溫，隨爐冷后組織為鐵素體+ 珠光體，兩種鋼中珠光體的相對含量（C）A.相等B.40 鋼比40Cr鋼多C.40Cr 鋼比40鋼多D.珠光體含量與Cr元素無關20.以下屬于中合金鋼的是（C）（WE為合金元素

5、的總含量）A.3WES 5% B.4WEC8% C.5WES 10% D.6WES 15%A.900 930C B.80022. 合金元素不能做到（D）A. 提高鋼的回火穩(wěn)定性B.改變C曲線的位置C.改變S點的位置 D.消除第一類回火脆性B)A.0.2 %< W辰0.3 % B.0.25%< WcC 0.6 %C.0.4%< WcC 1.0 % D.0.3523. 中碳鋼的含碳量為（W辰0.8 %判斷題 （本大題共 23 小題）1.20鋼比T12鋼的碳質量分數(shù)要高。錯誤2. 在退火狀態(tài)（接近平衡組織） 45 鋼比 20 鋼的塑性和強度都高。 錯誤3. 大部分合金元素溶于奧氏體

6、后，能增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性。4. 所有的合金元素都能提高鋼的淬透性。錯誤5. 合金元素對鋼的強化效果主要是固溶強化。正確錯誤6. T8鋼與20MnVB相比，淬硬性和淬透性都較低。7. T8 鋼比 T12 和 40 鋼有更好的淬透性和淬硬性。錯誤錯誤8. 調質鋼的合金化主要是考慮提高其紅硬性。9. 合金元素均在不同程度上有細化晶粒的作用錯誤錯誤10. 40Cr 鋼是合金滲碳鋼。 錯誤11. 20CrMnTi 鋼是合金調質鋼。 錯誤12. GCr15 是專用的合金工具鋼。錯誤13. 鋼中的含硫量增加，其鋼的熱脆性增加。14. 鋼中的含磷量增加，其鋼的熱脆性增加。正確錯誤15. 鋼

7、中的含磷量增加，其鋼的冷脆性增加。16. 60Si2Mn鋼比T12和40鋼有更好的淬透性和淬硬性。正確錯誤17. 20CrMnTi中Cr和Mn的作用是提高鋼的淬透性。在退火狀態(tài) 20 鋼比 65 鋼的塑性和強度都高。18.正確錯誤19.鉗工鋸 T8、T12 等鋼料時比鋸 10、20 鋼要費力，且鋸條易磨鈍。正確20.21.合金結構鋼中常用的合金元素有Mn、 Si、 Cr、鋼中合金元素愈多，則淬火后的硬度就愈高。Ni、Mo、W、V、Ti、B 等，其中主加元素是 Mn、 Si 、 Cr、 Ni 。 正確錯誤22.除Co以外，幾乎所有的合金元素都能提高鋼的淬透性。23. GCr15 是專用的滾動軸承

8、鋼。 正確正確填空題 （本大題共 6小題）1. 碳素鋼按含碳量來分類，可分為：低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼，其含碳量分別為：(Wg 0.25 % )、(0.25 %< W辰 0.6 % )、（Wo0.6 % ）（注：請對應填寫）。2. 汽車齒輪通常用 20CrMnTi 鋼制造， 其含碳量為 （ 0.2% ），鍛造之后切削加工之前進行 （正火） 熱處理， 最終熱處理為 （滲 碳+淬火 +低溫回火 ）。3. 下列滲碳鋼中低淬透性的是( 20Cr,20Mn2 )，中淬透性的是(20CrMnTi,20Cr,20Mn2,20MnTiB,18Cr2Ni4WA20CrMnTi,20MnTiB )，高淬透性的

9、是( 18Cr2Ni4WA )。4. 滲碳鋼一般含碳量為（ 0.1 0.25% ），調質鋼一般含碳量為（5. 合金結構鋼中常加入的合金元素有：Cr,Ni,Si,Mn,Mo,B,Ti,V,W0.250.5% ），彈簧鋼一般含碳量為（ 0.50.9% ）。等。其中強烈阻止奧氏體晶粒長大的有（ Ti,V ），能消除21. 20CrMnTi 鋼的滲 C 溫度范圍是（ A）-820C C.600650 C D.1000 1050 C屬于彈簧鋼的是（ 60Si2Mn,65Mn）。40Cr,20CrMnTi,40MnVB,16Mn,60Si2Mn,15MnV,40CrNiMo,65Mn高溫回火脆性的有（ M

10、o,W）。6. 下列鋼中屬于低合金結構鋼的是（16Mn,15MnV ,屬于滲碳鋼的是 （20CrMnTi）,屬于調質鋼的是（40Cr,40MnVB,40CrNiMo）,分析題 （本大題共 9 小題）1. 用40Cr鋼制造連桿螺栓，試分析：（共15分）1） 鋼中碳和合金元素的含量及合金元素在鋼中的作用（5分）2） 畫出最終熱處理（淬火回火）的工藝曲線，指出所獲得的組織。（5分）。3） 根據工序正確安排生產過程的工藝路線。（5分）精加工 下料 退火 鍛造 粗加工 調質【答案】：1）40Cr的平均含碳量為0.4%,C鉻的含量為0.81.1%。鉻在鋼中的主要作用是提高淬透性，其次溶入鐵素體 可使之強化

11、，且保持較好的韌性。3438) HRC2）最終熱處理工藝曲線見圖。調質處理后的組織是回火索氏體，硬度為（3）下料T鍛造T退火T粗加工T調質T精加工2. 下列零件應分別采用何種預先熱處理和最終熱處理？為什么？熱處理后的組織分別是什么？（1） 某機床變速箱齒輪（模數(shù) m=3）要求齒面耐磨 ，心部強度和韌性要求不高，材料選用45鋼。（2） 機床主軸，要求有良好的綜合力學性能，軸頸部分要求耐磨（5055HRC材料選用45鋼?！敬鸢浮浚海?1）預先熱處理：正火 因為心部強度和韌性要求不高，正火處理之后即可達到要求。且正火比調質處理的工 藝簡單，熱處理的變形小，采用正火處理是合理的。正火后的組織是細珠光體

12、+少量鐵素體。最終熱處理：表面淬火 +低溫回火 因為表面淬火 +低溫回火后使表面組織發(fā)生改變，成為回火馬氏體，硬度高， 耐磨性好，可達到齒面耐磨的目的。（ 2）預先熱處理：正火 通過正火可細化晶粒， 改善切削加工性。最終熱處理：調質處理 +軸頸部表面淬火 因為機床主軸要求有良好的綜合力學性能，而調質處理后的回火索氏體組織綜合力學性能。軸頸部表面淬火并低溫回火使獲得回火馬氏體組織，硬度高（可達5055HRC，耐磨。最終熱處理后的組織：回火索氏體，軸頸表面是回火馬氏體。板條馬氏體； 片狀珠光體 +鐵素體； 細片狀珠光體 +均勻分布的鐵素體； 表面的主要組織是片狀回火馬氏體，心部的主要組織是索氏體3

13、. 分析20CrMnTi鋼得到下列組織的熱處理工藝：（1）（2）（3）+低碳回火馬氏體。（4）【答案】：（1） 熱處理工藝：油冷淬火因為20CrMnTi屬低碳合金鋼，淬透性好，油冷淬火即可獲得板條馬氏體。（2） 熱處理工藝：完全退火因為20CrMnTi屬亞共析鋼，通過完全退火后可獲得接近平衡的組織，即片狀珠光體 +鐵素體。（ 3）熱處理工藝：正火因為細片狀珠光體 +均勻分布的鐵素體組織是在較快的冷速下獲得的，因而采用正火。（4）熱處理工藝：滲碳 +淬火+低溫回火 片狀回火馬氏體是高碳馬氏體的組織形態(tài)，20Cr MnTi屬低碳鋼，通過表面滲碳就可提高表面的含碳量，從而使表面在淬火后得到片狀馬氏體

14、；片狀回火馬氏體和心部的低碳回火馬 氏體都是淬火后低溫回火得到的。4. 某載重汽車發(fā)動機的汽缸蓋螺栓，原選用40Cr鋼調質處理，硬度為 3335HRC后改用15MnVB岡880 C油淬、200C低溫回火，硬度為 3841HRC提高使用壽命1.5倍，試分析原因。880 C油淬、200 C低溫回火后的組織是低碳回火38 41 HRC 比 40Cr （ 33 35 HRC 高，因而 15MnVBl勺小 1.5 倍。【答案】： 載重汽車發(fā)動機的汽缸蓋螺栓工作時承受沖擊性的周期交變拉應力和裝配預應力作用，而且應力較均勻地分布 在整個截面上。因此，要求選用全截面能夠淬透的，具有一定韌性和足夠強度能承受一定

15、能量的周期性的沖擊作用的材料。15MnVB鋼淬透性好，可保證全截面淬透。在進行 馬氏體，有一定的韌性和較高強度，其強度、硬度（ 能量多沖抗力比40Cr好，所以能夠提高使用壽命17分）5. 汽車齒輪通常用 20CrMnTi 鋼制造，試問：（共1 ）鋼中含碳量及合金元素的主要作用（4分）。2） 根據工序正確安排生產過程的工藝路線（3分）。 鍛造、正火、滲碳、下料、車削加工、淬火加低溫回火、齒形加工、精加工、3） 畫出最終熱處理（滲碳、淬火、回火）的工藝曲線（5分），指出最終熱處理所獲得的組織（5分）。【答案】：1） 平均含碳量為 0.2%, Cr、Mn含量1%左右，T含量0.1%左右。2）下料T鍛

16、造T正火T車削加工T齒形加工T滲碳T淬火加低溫回火T精加工3）熱處理后表面組織主要是高碳回火馬氏體。心部組織與鋼的淬透性和零件尺寸有關，完全淬透時為低碳回火 馬氏體和少量鐵素體，多數(shù)情況下為托氏體、少量回火馬氏體及少量鐵素體。6. 給下列齒輪零件編制工藝流程，指出熱處理方法及其作用，最終熱處理后各部位組織和性能。（ 1）45 鋼車床齒輪 ，速度較大，承受中等載荷，齒部硬度要求高。（ 2）38CrMoAl 精密齒輪， 承受中等載荷，精度要求高。52-58HRC?！敬鸢浮浚海?）45 鋼車床齒輪，工作時運轉速度較大，承受中等載荷，齒部硬度要求一般在 機床齒輪的工作條件與動力機械中的齒輪相比較， 機

17、床齒輪還是屬于運轉平穩(wěn)、 負荷不大、 條件較好的一類。 生產實踐證明， 一般機床齒輪選用中碳鋼制造，并經高頻感應淬火，所得到的硬度、耐磨性、強度以及韌性均能滿足要求，而且高頻感應淬 火變形小，生產率高。根據工作條件制定工藝流程如下：鍛造T正火T粗加工T調質T精加工T高頻淬火及回火T精磨正火改善切削加工性。 調質可以使齒輪具有較高力學性能， 提高齒輪心部的強度和韌性， 使齒輪能承受較大的彎曲應力和沖 擊力。調質后的組織為回火索氏體，在表面淬火時變形更小。高頻淬火低溫回火后，表面是回火馬氏體，硬度高，耐磨。（ 2） 38CrMoAl 精密齒輪，承受中等載荷，精度要求高。工藝流程如下：鍛造T退火T粗

18、車T調質T半精滾齒T去應力處理T精滾齒T剃齒T滲氮T珩齒 退火改善鍛造組織，細化晶粒，調整硬度，提高切削加工性。調質可獲較高的強度和韌性，調質后的組織為回火索氏體。去應力退火是為了消除切削加工中產生的應力，減小變形，退火溫度應低于調質時的回火溫度而高于滲氮溫度20-30 C。滲氮之后，表層有0.5mm左右的氮化層，硬度高（約 950HV），耐磨性好，可保持齒輪在長期運轉中的高精度。軸頸要求耐磨）7. 給下列主軸零件編制工藝流程，指出熱處理方法及其作用，最終熱處理后各部位組織和性能。（1）20Cr內圓磨床砂輪主軸（軸頸 30mm內錐孔25mm要求耐磨）（ 2）40Cr 車床主軸（ 3）38CrM

19、oAIA 主軸【答案】：（1） 20Cr內圓磨床砂輪主軸（軸頸 30mm內錐孔25mm要求耐磨）工藝流程： 鍛造T正火T切削加工T滲碳T車螺紋T淬火+低溫回火T精磨。正火是為了獲得合適的硬度，便于切削加工，同時改善鍛造組織，為滲碳處理作準備。滲碳之后使表面的含碳量提高到 0.8%-1.0%，淬火+低溫回火后軸表面和內錐孔表面是高碳的回火馬氏體組織，硬度高（58-60HRC），耐磨性好。心部由鐵素體、珠光體和低碳回火馬氏體組成，韌性好，耐沖擊。適用于中等載荷，心部強度要求不高，但轉速很高的場合。（2） 40Cr車床主軸工藝流程：鍛造T退火T粗加工T調質T軸頸部和內錐孔表面淬火+低溫回火T精磨。退

20、火是為了改善鍛造組織，細化晶粒，調整硬度，改善切削加工性。同時，為調質處理作組織上的準備。調質后主軸有較高的強度和韌性，組織是回火索氏體。軸頸部和內錐孔表面淬火+低溫回火后，表面是回火馬氏體，硬度高（52-57HRC），耐磨性好。心部組織不變，為回火索氏體。（3）38CrMoAlA坐標鏜床主軸的工藝流程：鍛造T完全退火T粗加工T調質T半精加工T低溫退火T粗磨T氮化T半精磨T油煮定性T精磨T油煮定性T研磨退火是為了獲得合適的硬度，便于切削加工， 同時改善鍛造組織， 為調質處理作準備。 調質是為了獲得綜合力學性能好的回 火索氏體組織。低溫退火（550 600 C，保溫3-4h ）是為了消除切削加工

21、造成的內應力，減小最終熱處理變形，退火溫度 要低于調質的回火溫度 20-30 C。在精加工工序中安排的油煮定性（亦稱人工時效，140-160 C，18-20h ），其目的也是為了消除應力、穩(wěn)定組織。氮化處理是為了獲得高硬度，高耐磨性的表面氮化層，以保證機床在長期運轉中的高精度。8. 鏜床鏜桿（60mm）,在重載荷下工作，精度要求極高，并在滑動軸承中運轉，要求鏜桿表面有極高的硬度，心部有較 高的綜合機械性能，材料選用38CrMoAIA。該零件應采用何種預先熱處理和最終熱處理？為什么？熱處理后的組織分別是什 么？【答案】：預先熱處理：（1 ）鍛坯退火，降低硬度，改善切削加工性。（2）粗加工后進行調

22、質。由于氮化層很薄（約0.5mm）,且較脆，因此要有較高強度的心部組織需通過調質處理。38CrMoAlA鋼屬高淬透性的調質鋼，940 ±10 C加熱保溫后油冷,620-650 C回火空冷，可使心部獲得綜合力學性能好的回火索氏體組織。最終熱處理 ：磨削加工后進行滲氮處理，以使表面獲得高硬度的滲氮層。 熱處理后心部主要是回火索氏體，表面是高硬度的氮化層。9. 某汽車變速箱齒輪，要求齒面硬度高（耐磨） ，心部韌性好（耐沖擊） ，同時具有高的抗彎強度（承受重載） , 待選材料：H70 、 20CrMnTi 、 T10 、 GCr15 、 60Si2Mn 、Q390 、 2Cr13 、 LC4

23、 、Cr12MoV1）試為其選擇正確的材料2）鋼中合金元素的主要作用3）鋼中含碳量為 4）根據工序正確安排生產過程的工藝路線： 噴丸、鍛造、正火、滲碳、下料、粗加工、淬火加低溫回火、精磨5）熱處理目的正火目的 滲碳目的 淬火加低溫回火的目的 【答案】：（ 1）選擇材料：汽車變速箱齒輪的工作條件比較繁重，因此在耐磨性、疲勞強度、心部強度和沖擊韌性等方面要求較高， 選用 20CrMnTi 鋼制造并經滲碳淬火低溫回火處理后使用是比較合理的。另外，汽車齒輪的批量大，對材料的工藝性能要給 以足夠的重視。 20CrMnTi 正火后的切削加工性較好，也有較好的淬透性，可采用油冷淬火，過熱傾向不大，滲碳后可預

24、冷 直接淬火。從工藝性方面考慮選用 20CrMnTi 鋼也是合理的。（ 2）鋼中合金元素的主要作用： Cr,Mn 提高鋼的淬透性； Ti 是強碳化物形成元素， Ti 加入鋼中有細化晶粒，抑制鋼件在滲 碳時發(fā)生過熱的作用。（ 3）鋼中含碳量為 0.2%（ 4）工藝路線：下料f鍛造f正火f粗加工f滲碳f預冷淬火f低溫回火f噴丸f精磨 （ 5）熱處理目的正火目的 改善鍛造狀態(tài)的不正常組織，調整硬度，以利切削加工。滲碳目的 使工件表面含碳量增高。+細珠光體 +低碳淬火加低溫回火的目的 使表面獲得高碳回火馬氏體，硬度高，耐磨；心部獲得韌性好，耐沖擊的索氏體 回火馬氏體的組織。簡答題 （本大題共 8 小題

25、）1.在正常奧氏體化加熱條件下，比較20CrMnTi、35、T8、40Cr四個鋼號的淬透性和淬硬性，并說明理由?！敬鸢浮浚捍阃感杂筛叩降鸵来螢椋?20CrMnTi 、 40Cr f T8 鋼 f 35 鋼。因為鋼的淬透性取決于鋼的含碳量和合金 元素的種類及含量，含碳量越靠近共析成分的鋼淬透性越好；大多數(shù)合金元素（除Co）都有提高鋼淬透性的作用，加入多種合金元素對淬透性影響比單一元素的作用要大。淬硬性由高到低依次為：T8f40Crf35f20CrMnTi 。 淬硬性是指鋼淬火后所形成的馬氏體組織所能達到的最高硬度，主要取決于馬氏體的碳濃度。2. 合金結構鋼中Mn Cr、Ni元素對馬氏體開始轉變點

26、 Ms有何影響？對鋼中殘余奧氏體數(shù)量有何影響? 【答案】：Mn的作用最明顯，其次是 Cr和Ni。合金元素Mn Cr、Ni降低馬氏體開始轉變溫度，并增加殘余馬氏體量。3. 某汽車變速箱齒輪用 20CrMnTi 制造，必須進行下列各加工：切削加工，鍛造，最終熱處理，下料，預先熱處 理，精磨，噴丸，試回答：1）材料的含碳量及各元素的含量為多少？各合金元素的作用是什么？2）正確安排其生產工藝路線，不可隨意增減，并寫出熱處理的工藝名稱、所得組織、力學性能特點。 【答案】：1） 平均含碳量為0.2%, Cr、Mn含量1%左右，T含量0.1%左右。鋼中合金元素的主要作用：Cr,Mn提高鋼的淬透性；Ti是強碳

27、化物形成元素，Ti加入鋼中有細化晶粒，抑制鋼件在滲碳時發(fā)生過熱的作用。2）下料f鍛造f正火f切削加工f滲碳f油冷淬火f低溫回火f噴丸f精磨 正火的組織：細珠光體 +均勻分布的鐵素體。滲碳淬火 +低溫回火的組織：表面組織主要是高碳回火馬氏體。心部組織與鋼的淬透性和零件尺寸有關，完全淬 透時為低碳回火馬氏體和少量鐵素體，多數(shù)情況下為托氏體、少量回火馬氏體及少量鐵素體。力學特點：表面硬度高，耐磨性好，疲勞強度較高，力學性能比表面淬火高。心部具有高的強度及良好的韌性 和很低的缺口敏感性。Q195、45、65Mn、T10）。4. 欲做下列零件：小彈簧、螺釘、手鋸條、齒輪，試為其各選一材料（待選材料：【答案】：小彈簧：65Mn；螺釘：Q195;手鋸條：T10;齒輪：455. 某汽車變速箱齒輪，要求齒面硬度58HRC試選一材料，制定預備熱處理和最終熱處理工藝，指出熱處理后的組織。（待選材料： T10、 40Cr、 GCr15、 Q235）【答案】：選擇材料： 40Cr預備熱處理工藝：正火處理，加熱到860900C保溫，空冷。硬度在175225HB組織為均勻分布的片狀珠光體和鐵素體。表面C=0.71.0%, N=0.20.4%）,共滲后直